SL4105Z型柴油机曲轴有限元分析及优化设计.docVIP

SL4105Z型柴油机曲轴有限元分析及优化设计 第1期2005年2月拖拉机与农用运输车 Tractoramp;FarmTransporter37 SL4105Z型柴油机曲轴有限元分析及优化设计 鱼春燕姜树李 (江苏大学汽车学院镇江212013) 摘要:对SL4105Z增压柴油机的曲轴进行了精确的三维建模,并对曲轴进行了不同工况下的有限元分析计算, 校核了曲轴的疲劳强度;在此基础上提出曲轴的改进方案,利用试验优化技术对不同的方案进行处理,分析了各结 构因素对疲劳强度的影响程度,得到了曲轴的最佳设计方案,并为以后的曲轴设计提供了参考. 关键词:曲轴有限元分析优化设计疲劳强度 FiniteElementAnalysisandOptimalDesignofSL4105Z DieselEngineSCrankshaft Chunyan.JiangShuli (SchoolofAutomobileandTrafficEngineering,JiangsuUnivemity,Zhenjiang212013,China) Abstract:TIleauthentic3一DmodelwassetupforthecramkshaftofSL4105Zdieselengine.Thefiniteelement analysisofthecrankshaftwascarriedoutwithdifierentworkingconditions.BasedontheYesuhofthetalculation,the crankshaftconfiguration惴improved.Theresultsoftheimprovedmodelswereanalyzedbymeansoftheexperimentaloptimal technology.Theinfluenceofconfigurationfactorsonthefatiguestrengthofcrankshaftwasfound.Thebestdesignofthe crankshaftwasgotthroughtheallIysis.ItalsoofferedYefeyenceforthedesignofcrankshaftinfuture. Keywords:Crankshaft,Finiteelementanalysis,Experimentaloptimaltechnology,Fatiguestrength 随着内燃机排放指标的不断提高,柴油机采用 增压中冷已是大势所趋.在农用柴油机上采用增压 中冷技术往往会使主要运动件,如曲轴,连杆等部件 的可靠性下降,变形量增大,从而导致机械效率降 低,排放性能恶化.曲轴是柴油机中最重要,载荷最 大,价格最昂贵的零件之一.在工作中曲轴承受着 由缸内燃气作用力,往复惯性力及旋转惯性力引起 的周期性变化的交变载荷,并对外输出转矩.这种 交变载荷引起了曲轴的弯曲疲劳失效;曲轴的弯曲 疲劳破坏通常从应力集中处开始,因此在最大载荷 不变的前提下,要降低最大弯曲应力,提高曲轴的弯 曲疲劳强度就应设法降低轴颈过渡圆角处的应力集 中效应.通常采用增大曲轴的重叠度,加大连杆轴 颈和主轴径的过渡圆角,开卸载槽,适当增加危险截 面处的曲柄宽度等结构措施来提高曲轴的弯曲疲劳 强度.但是对于具体的某一曲轴来说,这些措施是 否有效,如何能得到最佳结构形状(尺寸),只能凭 设计者的经验来判断,盲目性较大.本文对福建力 佳股份有限公司的SL4105Z增压柴油机的曲轴进行 了有限元分析,并在此基础上对曲轴进行改进设计, 计算分析了主轴颈和连杆轴颈尺寸,重叠度,卸载槽 等因素对曲轴过渡圆角处应力集中效应的影响程度. 通过试验优化技术找出该曲轴的最优结构方案. 1建立模型 1.1实体模型的建立 由于多缸机曲轴结构复杂,计算量大,所以在优 化处理中仅取单曲拐进行计算,由以往的计算结果 来看,整体曲轴与单曲拐的计算结果相近似. SIA105Z柴油机曲轴的基本参数为:主轴颈直径85 mm;连杆轴颈直径68mm;曲柄宽度134lnln;转速 2600r/min;最大爆发压力12MPa,材料为QT800. 在改进的曲轴模型中,考虑了以下6个因素:曲 柄宽度B;连杆轴颈直径D;主轴颈直径D;卸载槽 上部到曲轴中心线垂直距离L;卸载槽的轴向深度 日;卸载槽上部圆角半径R,其中3个与曲轴的基本 尺寸有关,3个与卸载槽有关.因素D,D考虑到实 际情况取两水平,其余每个因素取三水平,选用 (3)标准正交表[1],6个因素的水平如表1所示. 表1因素水平表innl 38拖拉机与农用运输车第1期2005年2月 各因素在正交表中的位置如下:因素B,D,D放 在第1,2,5列,它们的交互作用各占两列;因素,